脳の血流は、アルツハイマー病の理解と治療方法を変える可能性があります

700万人以上のアメリカ人がアルツハイマー病（AD）と、認知機能低下の影響との悲痛な日々の戦いに住んでいます。アルツハイマー病協会によると、症状が始まるまでに実際に20年以上始まる脳の変化は、早期かつ正確な診断の重要な必要性を強調しています。ただし、現在の診断ツールには、痛みを伴う脊椎タップ、高価なスキャン、およびその精度が制限される可能性のある認知テストが含まれます。

USC Viterbi School of Engineeringの生物医学エンジニアが率いる新しい研究は、ADで脳の血流ダイナミクスが果たす重要な役割を明らかにし、この衰弱性の病気がどのように理解され治療されるかについての数十年の従来の考え方を再構築できるよりシンプルで非侵襲的な診断ツールを提供します。

アルフレッドE.マン生物医学工学部の学部長の教授であるヴァシリス・マルマレリス率いる 表示されます ジャーナルで アルツハイマー病および認知症：診断、評価、疾患監視。

何年もの間、アルツハイマー病の研究と臨床ケアにおける一般的なコンセンサスは、「アミロイドカスケード仮説」でした。この理論は、タンパク質断片が呼ばれることを示唆しています アミロイドベータ アルツハイマー病の主な犯人です。あまりにも多くのアミロイドベータが脳内に蓄積すると、脳細胞内の「タウ・タングル」として知られるねじれた塊を形成する別のタンパク質タウの蓄積を引き起こします。これらのもつれは、引き起こすと考えられています 脳細胞 誤動作し、最終的に死に、につながります 認知機能低下 アルツハイマー病で見られます。

現在の診断方法は、これらのアミロイドおよびタウの病理の検出を中心に主に展開しています。これには、分析のために脳脊髄液を誘導するために不快で危険な脊椎タップが必要です。最近、 陽電子放出断層撮影 （PET）イメージング、または「アミロイドまたはタウPET」が出現しました。 放射性トレーサー 脳内のアミロイドプラークまたはタウのもつれを視覚化するために注入されます。これは、通常、学術研究環境に限定される非常に費用がかかるテストです。ごく最近、 血液バイオマーカー それは同じ目的に役立つことを示しています。

「医師は、そのペット放射性トレーサーからの排出量を、その人が脳にどれだけのアミロイドまたはタウを持っているかのおおよその尺度として採用しています」とマルマレリスは言いました。 「経験から言えば、私自身の研究でデータを見た後、私はそれが非常に不十分であることを伝えることができます。しかし、それはゴールドスタンダードですが、ほとんどの医師は非常に高価なのでそれをしません。」

これらの費用と侵襲的な生物学的検査がなければ、多くの神経科医は、認知機能のテストを目的とした行動インタビューベースのアンケートであるミニメンタル状態検査（MMSE）やモントリオール認知評価（MOCA）などの認知評価テストに目を向けます。

「MOCAは、人の認知能力についてのアイデアを提供します」とマルマレリスは言いました。 「しかし、これらは生物学的または生理学的検査ではありません。これらは、あらゆる種類のバイアス、欠陥、エラーの影響を受ける行動テストにすぎません。」

スクリプトをめくる：脳の「配管」に新しい焦点

脳のアミロイドプラークを見る代わりに、マルマレリスと彼の協力者は、脳を通る血流が脳組織を酸素化するために自己調節され、可能な限り調節不全が認知障害を引き起こす可能性があるかどうかに焦点を当てました。パイプの錆を見るだけでなく、自宅の配管システムがどのように機能しているかを細心の注意を払って検査してください。

研究チームの研究は、5年間にわたって200人の参加者からのデータを利用し、動脈血圧の自然な変化、血液中の二酸化炭素（CO₂）レベル、および結果として生じる脳の血流の変動と皮質組織酸素化の複雑な動的な関係を調査しました。

「認知的努力を行うと、脳細胞の代謝から共同を生成します。これは、アシドーシスを避けるために明らかに血液によって取り除かれなければなりません」とマルマレリスは言いました。 「私たちの体には、血管運動反応性と呼ばれるこの調節メカニズムが恵まれています。これは、血液中に上昇すると脳血管を拡張（広げます）します。

15年前、マルマレリスは偶然の観察を行いました。アルツハイマー病患者は血管運動反応性の障害を示しています。

「彼らは脳血管を拡張してより多くの血液を持ち込み、脳に十分な血液灌流を提供することはできません。これは、彼らがタイムリーに認知に必要な酸素、栄養素、グルコースを取得しないことを意味します」と彼は言いました。

彼らの新しい研究で、Marmarelisのチームはこの観察をテストし、脳血管動態指数（CDI）と呼ばれる新しい「Physio-Marker」を開発しました。この非侵襲的検査は、非侵襲的ドップラー超音波を使用して、脳の一部の主要な動脈の血流速度を測定し、近赤外分光法を測定して脳の皮質の前部の酸素化を測定します。この「入出力の概念化のタイプ」は、ラボで開発された洗練された「動的モデリング」メソッドを使用して、脳の血液供給が圧力とCO₂の微妙な変化にどれだけ迅速かつ効果的に反応するかを定量化します。

前例のない精度と治療への新たな希望

研究チームは、いくつかの有望な結果を得ました。 CDIは優れた診断パフォーマンスを示し、軽度の認知障害（MCI）またはアルツハイマー病を持つ個人を、0.96の曲線下（AUC）の領域を持つ認知的正常対照被験者からのアルツハイマー病。

AUCは、診断パフォーマンスの一般的な統計的尺度です。 1.0の値は完全であり、0.5はランダムなチャンスです。コンテキストのために、アミロイドPETテストはわずか0.78のAUCを達成し、MOCAとMMSEは 認知テスト それぞれ0.92と0.91でした。

Marmarelisは、0.78と0.96の差が、状態の有無にかかわらず正しく識別するテストの能力の「非常に大幅な改善」に変換されると強調しました。

「他の人が以前に持っていなかったのは、非常に堅牢で正確なこれらの動的な関係を定量化する方法論です」とマルマレリスは言いました。

「今では、軽度の認知障害のある患者と、認知的に正常なコントロールからのアルツハイマー病の患者を、PET測定よりもはるかに優れており、MOCA神経認知テストよりも優れていることを示しています。

アルツハイマー病の理解におけるこの深い変化は、脳の血流と酸素化の調節の改善に焦点を当てた新しい治療と予防戦略への道を開く可能性があります。マルマレリスは、これには潜在的な有効性についてまだ評価されているいくつかの有望な手段が含まれる可能性があると述べた。

• ライフスタイルの変化：Marmarelisは、良いアプローチには、健康的な血流調節を回復するメカニズムを活性化するために、毎日20〜30分間のウォークと同じように、定期的な有酸素運動が含まれると述べました。これはaでバックアップされます 健康的な食事、過剰な血液脂肪と糖を避け、ストレスを減らす。マルマレリスは、アルツハイマー病協会による最近の研究がこの治療アプローチを強く裏付けており、2年間のエアロビクな運動のプログラムと心のダイエットの順守に参加した参加者に顕著な認知的利益を示していると指摘しました。

• 誘導された断続的な低酸素と高炭酸ガス：これには、わずかに減少した酸素とCOの増加の制御された吸入が含まれます₂ マスクを使用します。トレーニング方法と同様に、アスリートはパフォーマンスを向上させるために使用することで、予備データは脳の血流調節を改善できることを示しています。

• 経皮的耳介性迷走神経刺激（TAVNS）：この安全で非侵襲的な技術は、イヤホンを介して迷走神経（多くの身体機能を調節するのに役立つ身体の重要な神経）の耳介枝を刺激します。予備的な結果は、これが脳の血流調節にプラスの影響を与える可能性があることを示唆しています。

他の有益な介入は、将来開発およびテストすることができます。マルマレリスは、アルツハイマー病に加えて、これらの結果は他の認知症の治療と診断により広い意味をもたらすと述べた。

この論文の他の共著者には、USCのケック医学部のアルツハイマー病研究センターのディレクターであるヘレナC.チュイと、カンザス大学医療センターの神経学の教授であるサンディビリンジャーと、テキサスサウスウェスタンメディカルセンターの神経学部の協力者が含まれます。